Возвращение на Луну спустя полвека, а затем на Марс, буквально означает изобретение колеса.
В конце концов, Марс — это долгий путь, чтобы вернуться, если у вас спустило колесо.
«Единственное, чего вы не можете допустить, — это прокол», — говорит Флоран Менего, генеральный директор французского производителя шин Michelin.
Тяжелые условия на Марсе были подчеркнуты опытом беспилотного марсохода Curiosity.
Всего через год после посадки в 2012 году его шесть жестких алюминиевых шин были заметно изрешечены проколами и разрывами.
Что касается Луны, американские миссии Artemis нацелены на возвращение туда астронавтов, возможно, к 2027 году.
Более поздние миссии Artemis планируют использовать луноход для исследования южного полюса Луны, начиная с Artemis V, в настоящее время запланированного на 2030 год.
Астронавты Artemis будут ездить гораздо дальше, чем их предшественники Apollo, которые за шесть посадок в период с 1969 по 1972 год ни разу не прошли более 25 миль (40 км) по поверхности Луны.
«Цель — преодолеть 10 000 километров за 10 лет», — говорит Сильвен Барте, который руководит программой безвоздушного лунного колеса Michelin в центральном французском городе Клермон-Ферран.
«Мы не говорим о коротких, недельных периодах, мы говорим о десятилетиях использования», — говорит доктор Санто Падула, имеющий докторскую степень в области материаловедения и работающий инженером в NASA в исследовательском центре Джона Гленна в Кливленде, штат Огайо.
Одной из больших проблем для любого, кто разрабатывает технологии для Луны, являются огромные диапазоны температур.
На лунных полюсах температура может опускаться ниже -230 °C, что недалеко от абсолютного нуля, при котором atos перестает двигаться.
И это проблема для шин.
«Без движения атомов вам будет трудно заставить материал деформироваться и возвращаться», — говорит доктор Падула.
Шины должны иметь возможность деформироваться при движении по камням, а затем возвращаться к своей первоначальной форме.
«Если мы постоянно деформируем шину, она не будет катиться эффективно, и у нас возникнут проблемы с потерей мощности», — говорит доктор Падула.
Новые колеса также будут выдерживать гораздо большие нагрузки, чем легкие марсоходы, на которых курсировали астронавты Apollo.
Следующим космическим миссиям нужно будет ездить по «более крупным научным платформам и мобильным жилым комплексам, которые становятся все больше и больше», — говорит он.
И это станет еще более серьезной проблемой на Марсе, где гравитация вдвое больше, чем на Луне.
Лунные марсоходы Apollo использовали шины, изготовленные из оцинкованной рояльной проволоки в плетеной сетке, с запасом хода около 21 мили.
Поскольку экстремальные температуры и космические лучи разрушают резину или превращают ее в хрупкое стекло, металлическими сплавами и высокопрочным пластиком являются главные претенденты на роль безвоздушных космических шин.
«Обычно для этих колес используются материалы на основе металла или углеродного волокна», — говорит Пьетро Бальон, руководитель группы миссии «Розалинда Франклин» Европейского космического агентства (ЕКА), которая должна отправить свой собственный марсоход на Марс к 2028 году.
Одним из перспективных материалов является нитинол, сплав никеля и титана.
«Сплавьте их, и получится резиноподобный металл, который может изгибаться всеми этими различными способами, и он всегда будет растягиваться, возвращаясь к своей первоначальной форме», — говорит Эрл Патрик Коул, генеральный директор The Smart Tire Company.
Он называет гибкие свойства нитинола «одной из самых безумных вещей, которые вы когда-либо видели».
Нитинол — потенциально «революционный» материал, говорит доктор Падула, потому что сплав также поглощает и высвобождает энергию при изменении своего состояния. Он даже может иметь решения для нагрева и охлаждения, говорит он.
Однако Бартет из Michelin считает, что материал, более близкий к высокопроизводительному пластику, больше подойдет для шин, которым нужно преодолевать большие расстояния на Луне.
Тем временем Bridgestone применила подход биомимикрии, создав модель подушечек верблюдов.
У верблюдов мягкие, Толстые подушечки для ног распределяют вес на более широкую поверхность, не давая ногам проваливаться в рыхлую песчаную почву.
Вдохновленная этим, Bridgestone использует войлочный материал для своего протектора, в то время как колесо состоит из тонких металлических спиц, которые могут изгибаться.
Изгиб распределяет вес лунного модуля на большую контактную поверхность, поэтому он может двигаться, не застревая в обломках камней и пыли на поверхности Луны.
Michelin и Bridgestone являются частью разных консорциумов, которые вместе с калифорнийской Venturi Astrolab представляют свою предлагаемую технологию шин NASA в Центре Джона Гленна в этом месяце (май).
Ожидается, что NASA примет решение в конце этого года — оно может выбрать одно предложение или принять элементы нескольких из них.
Тем временем Michelin тестирует свои шины, управляя образцом марсохода по вулкану недалеко от Клермон, чья пылевая местность напоминает поверхность Луны.
Bridgestone делает то же самое на песчаных дюнах Тоттори на западе Японии.
ESA также изучает возможность того, сможет ли Европа создать марсоход самостоятельно для других миссий, говорит Бартет.
Эта работа может иметь некоторые полезные применения здесь, на Земле.
Работая над докторской диссертацией в Университете Южной Калифорнии, доктор Коул присоединился к предпринимательской программе NASA, чтобы работать над коммерциализацией некоторых технологий из суперэластичных шин марсохода.
Ранним продуктом в этом году станут никель-титановые велосипедные шины.
Шины стоят около 150 долларов за штуку, что намного дороже обычных, но будут чрезвычайно долговечными.
В этом году он также планирует работать над прочными шинами для мотоциклов, предназначенными для районов с неровными дорогами.
Несмотря на все это, его «мечта» остается частью возвращения человечества на Луну.
«Так что я могу сказать своим детям: посмотрите на Луну», — говорит он. «Папины шины там».